RU2503974C2

RU2503974C2 - Housing for hygroscopic scintillation crystal for nuclear imaging

Info

Publication number: RU2503974C2
Application number: RU2011118359/28A
Authority: RU
Inventors: Даниель Ганьон
Original assignee: Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В.
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2014-01-10
Also published as: CN102171586B; US20110174980A1; RU2011118359A; WO2010041191A2; WO2010041191A3; US8304736B2; EP2344906A2; CN102171586A; JP2012505374A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: nuclear detector for a nuclear imaging system includes a hermetically sealable detector housing (50), a plurality of scintillation crystals (32) placed in the detector housing (50), a plurality of sensors (34) connected to the scintillation crystals (32) and a sealant layer (51) which hermetically seals the scintillation crystals (32) and sensors (34) in the detector housing (50), and a conductor (60) from each sensor (34). The conductors (60) are connected to a bus which passes through the sealant layer (51) for transmitting collected information for processing.

EFFECT: maintaining integrity of the hygroscopic crystal.

13 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится, в частности, к системам построения ядерных изображений, в особенности, включающим в себя гигроскопические сцинтилляционные кристаллы и т.п. Однако очевидно, что описанное изобретение применимо также к другим системам построения изображений, другим способам регистрации событий сцинтилляции и т.п.The present invention relates in particular to nuclear imaging systems, in particular including hygroscopic scintillation crystals and the like. However, it is obvious that the described invention is also applicable to other imaging systems, other methods for recording scintillation events, and the like.

Сцинтилляционные кристаллы имеют различные свойства, например, плотность, количество света, время релаксации, цвет и т.д., которые определяют качество ядерного детектора. Электроника, обработка сигналов и реконструкция также определяют качество детектора, но преобразование гамма-излучения в видимый свет посредством сцинтилляционного материала часто является ограничивающим фактором. При построении изображений посредством ПЭТ, где хронирование является одной из основных характеристик кристалла, в течение времени были предприняты значительные усилия по выявлению кристаллических веществ с быстрым откликом, обладающих высокой тормозной способностью для преобразования гамма-излучения в световое излучение.Scintillation crystals have various properties, for example, density, amount of light, relaxation time, color, etc., which determine the quality of a nuclear detector. Electronics, signal processing and reconstruction also determine the quality of the detector, but the conversion of gamma radiation into visible light through scintillation material is often a limiting factor. When constructing images using PET, where timing is one of the main characteristics of a crystal, considerable efforts have been made over time to identify crystalline substances with a fast response that have high stopping power for converting gamma radiation into light radiation.

Нахождение всех нужных свойств в едином кристаллическом веществе оказалось трудной задачей. Например, соединения лютеция обычно демонстрируют хорошие возможности хронирования со временем затухания от 35 до 45 наносекунд в зависимости от конкретного соединения, при высоком световом выходе и высокой тормозной способностью. Галогениды лантана обеспечивают значительно более короткие времена отклика и большее количество света, но страдают более низкой плотностью и более низким значением Z (например, атомного числа), что приводит к заметному снижению тормозной способности.Finding all the necessary properties in a single crystalline substance proved to be a difficult task. For example, lutetium compounds usually exhibit good timing capabilities with a decay time of 35 to 45 nanoseconds depending on the particular compound, with high light output and high stopping power. Lanthanum halides provide significantly shorter response times and more light, but suffer from a lower density and lower Z value (for example, atomic number), which leads to a noticeable decrease in stopping power.

Дополнительной проблемой некоторых кристаллов (например, LaBr, NaI) является их свойство гигроскопичности, что делает их чувствительными к влажности и создает опасность полного исчезновения сцинтилляционных свойств кристалла. Были предприняты попытки инкапсулировать гигроскопические кристаллы путем помещения кристаллов в герметично запечатанную коробку, одна из сторон которой выполнена из стекла, с большими фотоумножительными трубками, которые регистрируют излучение, проходящее через стекло. Наличие стекла между сцинтиллятором и датчиком света приводит к рассеянию света по большой площади, из-за чего плотность сигнала оказывается слишком низкой для некоторых малоразмерных датчиков света, например, полупроводникового лавинного фотодиода, который, при типичном размере от 2×2 мм до 4×4 мм, не может собирать достаточно света для формирования хорошего сигнала.An additional problem of some crystals (for example, LaBr, NaI) is their hygroscopic property, which makes them sensitive to moisture and creates the danger of a complete disappearance of the scintillation properties of the crystal. Attempts have been made to encapsulate hygroscopic crystals by placing the crystals in a hermetically sealed box, one of the sides of which is made of glass, with large photomultiplier tubes that detect radiation passing through the glass. The presence of glass between the scintillator and the light sensor leads to scattering of light over a large area, which makes the signal density too low for some small-sized light sensors, for example, a semiconductor avalanche photodiode, which, with a typical size of 2 × 2 mm to 4 × 4 mm, cannot collect enough light to form a good signal.

Другая проблема более легких кристаллов, например, LaBr, состоит в том, что, несмотря на их высокий световой выход и быстрый отклик, низкая плотность и малое Z кристалла приводят к снижению вероятности взаимодействия с кристаллом, и, когда взаимодействие все-таки происходит, такие кристаллы повышают вероятность того, что взаимодействие будет комптоновским (рассеянием), и отбирают лишь часть его энергии, в отличие от фотоэлектрических взаимодействий, где вся энергия фотона преобразуется в свет.Another problem of lighter crystals, for example, LaBr, is that, despite their high light output and fast response, the low density and low Z of the crystal reduce the probability of interaction with the crystal, and when the interaction does occur, such crystals increase the likelihood that the interaction will be Compton (scattering), and take away only part of its energy, in contrast to photoelectric interactions, where all the photon energy is converted into light.

В настоящей заявке предложены новые и усовершенствованные системы и способы для применения малых датчиков в отношении 1:1 с гигроскопическими сцинтилляционными кристаллами, которые позволяют решить вышеупомянутые и другие проблемы.This application proposes new and improved systems and methods for the use of small sensors in a 1: 1 ratio with hygroscopic scintillation crystals, which can solve the above and other problems.

Согласно одному аспекту, ядерный детектор для системы построения ядерных изображений включает в себя герметично запечатываемую оболочку (50) детектора, совокупность сцинтилляционных кристаллов (32), размещенных в оболочке (50) детектора, совокупность датчиков (34), присоединенных к сцинтилляционным кристаллам (32), и уплотнительный слой (51), который герметично запечатывает сцинтилляционные кристаллы (32) и датчики (34) в оболочке (50) детектора.According to one aspect, a nuclear detector for a nuclear imaging system includes a hermetically sealed detector shell (50), a plurality of scintillation crystals (32) placed in a detector shell (50), a plurality of sensors (34) attached to scintillation crystals (32) and a sealing layer (51), which hermetically seals scintillation crystals (32) and sensors (34) in the detector shell (50).

Согласно другому аспекту, способ построения ядерного детектора для ядерного сканера включает в себя этапы, на которых размещают совокупность сцинтилляционных кристаллов (32) в оболочке (50) детектора, присоединяют датчики (34) к сцинтилляционным кристаллам (32), и герметично запечатывают сцинтилляционные кристаллы (32) и датчики (34) в оболочке (50) детектора с использованием уплотнительного слоя (51).According to another aspect, a method for constructing a nuclear detector for a nuclear scanner includes the steps of placing a plurality of scintillation crystals (32) in the detector shell (50), attaching the sensors (34) to the scintillation crystals (32), and sealing the scintillation crystals ( 32) and sensors (34) in the detector shell (50) using a sealing layer (51).

Согласно еще одному аспекту, ядерный сканер (12), предпочтительно, позитрон-эмиссионный томограф (ПЭТ) или ПЭТ, использующий времяпролетную технологию (TOF), имеет совокупность детекторов (14), каждый из которых включает в себя совокупность гигроскопических сцинтилляционных кристаллов (32) в оболочке (50) детектора, и совокупность датчиков на основе кремниевого фотоумножителя (SiPM) (34), каждый из которых присоединен к соответствующему кристаллу (32). Каждый детектор дополнительно включает в себя прозрачный слой (52), присоединяющий каждый датчик к соответствующему сцинтилляционному кристаллу (32), причем прозрачный слой имеет толщину от 2 микрон до 10 микрон, и уплотнительный слой (51), который герметично запечатывает датчики (34) и кристаллы (32) в оболочке (50) детектора.According to another aspect, a nuclear scanner (12), preferably a positron emission tomograph (PET) or PET using time-of-flight technology (TOF), has a plurality of detectors (14), each of which includes a plurality of hygroscopic scintillation crystals (32) in the detector shell (50), and a set of sensors based on a silicon photomultiplier (SiPM) (34), each of which is attached to a corresponding crystal (32). Each detector further includes a transparent layer (52) connecting each sensor to a respective scintillation crystal (32), the transparent layer having a thickness of 2 microns to 10 microns, and a sealing layer (51) that hermetically seals the sensors (34) and crystals (32) in the shell (50) of the detector.

Одно преимущество состоит в поддержании целостности гигроскопического кристалла.One advantage is maintaining the integrity of the hygroscopic crystal.

Другое преимущество состоит в обеспечении отношения 1:1 датчиков к сцинтилляционным кристаллам.Another advantage is the provision of a 1: 1 ratio of sensors to scintillation crystals.

Дополнительные преимущества настоящего изобретения станут ясны специалисту в данной области техники из нижеследующего подробного описания.Further advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description.

Изобретение может принимать форму различных компонентов и сочетаний компонентов, а также различных этапов и сочетаний этапов. Чертежи приведены только с целью иллюстрации различных аспектов и не призваны каким-либо образом ограничивать изобретение.The invention may take the form of various components and combinations of components, as well as various steps and combinations of steps. The drawings are provided merely to illustrate various aspects and are not intended to limit the invention in any way.

Фиг. 1 - система построения ядерных изображений, которая включает в себя ядерный сканер, имеющий совокупность ядерных детекторов, которые окружают область обследования, в которую объект или пациент введен на опоре для пациента.FIG. 1 is a nuclear imaging system that includes a nuclear scanner having a plurality of nuclear detectors that surround an examination area into which an object or patient is inserted on a patient support.

Фиг. 2 - вариант осуществления ядерного детектора, в котором гигроскопические сцинтилляционные кристаллы (например, LaBr, NaI и т.п.) запечатаны внутри оболочки детектора с использованием уплотнительного слоя.FIG. 2 is an embodiment of a nuclear detector in which hygroscopic scintillation crystals (e.g., LaBr, NaI, etc.) are sealed inside the detector shell using a sealing layer.

На фиг. 1 показана система 10 построения ядерных изображений, которая включает в себя ядерный сканер 12, имеющий совокупность ядерных детекторов 14, которые окружают область обследования 16, в которую объект или пациент введен на опоре 18 для пациента. В одном варианте осуществления, ядерный сканер представляет собой позитрон-эмиссионный томограф, действующий по времяпролетной технологии (TOF-ПЭТ), и ядерные детекторы представляют собой детекторы ПЭТ. В другом варианте осуществления, ядерный сканер представляет собой однофотонный эмиссионный компьютерный томограф (SPECT), и ядерные детекторы представляют собой детекторы SPECT.In FIG. 1 shows a nuclear imaging system 10 that includes a nuclear scanner 12 having a plurality of nuclear detectors 14 that surround an examination area 16 into which an object or patient is inserted on a patient support 18. In one embodiment, the nuclear scanner is a time-of-flight technology (TOF-PET) positron emission tomograph, and the nuclear detectors are PET detectors. In another embodiment, the nuclear scanner is a single photon emission computed tomography (SPECT), and the nuclear detectors are SPECT detectors.

Данные сканирования собираются в ходе ядерного сканирования объекта. Для каждого события сцинтилляции, регистрируемого детектором 14, его величина цифруется, и метка времени (например, при использовании ПЭТ и TOF-ПЭТ) генерируется цифрующим компонентом 19 и затем сохраняется в памяти 20 данных и реконструируется в ПЭТ или другое ядерное изображение процессором 22 реконструкции. В одном варианте осуществления, собранные данные сканирования сохраняются в режиме списка (например, снабжаются метками времени и т.д.), и события сцинтилляции, регистрируемые на разных детекторах на противоположных сторонах объекта, анализируются (например, анализатором совпадений и пр.) для определения, происходят ли они из одного и того же события аннигиляции (например, события генерации фотона или позитрона в объекте). В случае идентификации пары соответствующих событий сцинтилляции, выполняется алгоритм трассировки лучей для идентификации линии ответа между двумя событиями сцинтилляции, и точка возникновения позитрона идентифицируется с использованием информации времени пролета. Затем точка возникновения используется при реконструкции изображения объекта.Scan data is collected during a nuclear scan of an object. For each scintillation event recorded by detector 14, its value is digitized, and a time stamp (for example, when using PET and TOF-PET) is generated by digitizing component 19 and then stored in data memory 20 and reconstructed into PET or another nuclear image by reconstruction processor 22. In one embodiment, the collected scan data is stored in list mode (e.g., provided with timestamps, etc.), and scintillation events recorded at different detectors on opposite sides of the object are analyzed (e.g., by a coincidence analyzer, etc.) to determine whether they come from the same annihilation event (for example, the generation of a photon or positron in an object). If a pair of corresponding scintillation events is identified, a ray tracing algorithm is performed to identify the response line between the two scintillation events, and the positron origin is identified using time-of-flight information. Then the point of origin is used to reconstruct the image of the object.

Реконструированное 3D изображение сохраняется в памяти 24 объема изображения и обрабатывается процессором 26 изображений для отображения на пользовательском интерфейсе 28. В необязательном порядке, процессор изображений отображает объем(ы) изображения на дисплее 29 соответствующей рабочей станции. Пользовательский интерфейс позволяет пользователю вводить информацию, связанную с желаемыми параметрами сканирования, желаемым изображением для представления или просмотра и т.д., и/или манипулировать (например, увеличивать, вращать и т.д.) 3D объем изображения, представленный на пользовательском интерфейсе 28 и/или дисплее 29.The reconstructed 3D image is stored in the image volume memory 24 and processed by the image processor 26 for display on the user interface 28. Optionally, the image processor displays the image volume (s) on the display 29 of the corresponding workstation. The user interface allows the user to enter information related to the desired scanning parameters, the desired image for presentation or viewing, etc., and / or to manipulate (eg, enlarge, rotate, etc.) the 3D volume of the image presented on the user interface 28 and / or display 29.

Система дополнительно включает в себя управляющий процессор 30, выполняющий вводимые пользователем команды, поступающие от пользовательского интерфейса, например, инструкции, относящиеся к перемещению опоры для пациента внутрь и наружу области обследования сканера, инструкции, относящиеся к конкретным параметрам сканирования (например, времени сканирования и т.д.), и т.п. Управляющий процессор управляет сканером в ходе сбора данных.The system further includes a control processor 30 that executes user input from the user interface, for example, instructions relating to moving the patient support to the inside and outside of the scanner examination area, instructions relating to specific scanning parameters (e.g., scan time, etc. .d.), etc. The control processor controls the scanner during data collection.

Каждый из ядерных детекторов 14 включает в себя совокупность сцинтилляционных кристаллов 32, каждый из которых присоединен к соответствующему датчику 34, который регистрирует фотонное событие в своем кристалле. Благодаря обеспечению отношения один к одному между датчиками и кристаллами, описанные детекторы позволяют значительно улучшить снятие отсчетов по сравнению с классическими детекторами.Each of the nuclear detectors 14 includes a set of scintillation crystals 32, each of which is attached to a corresponding sensor 34, which detects a photon event in its crystal. By providing a one-to-one relationship between the sensors and crystals, the described detectors can significantly improve the sampling in comparison with classical detectors.

Предусмотрены различные типы сцинтилляционных кристаллов для использования в детекторах 14. Сцинтилляционные материалы могут быть гигроскопическими или негигроскопическими. При использовании гигроскопических сцинтилляционных материалов, полезно герметично запечатывать кристаллы в корпус детектора, во избежание повреждения кристаллов под действием влаги. Например, в одном варианте осуществления, сцинтилляционные кристаллы выполнены из бромида лантана (LaBr). В другом варианте осуществления, кристаллы выполнены из иодида натрия (NaI).Various types of scintillation crystals are provided for use in the detectors 14. Scintillation materials may be hygroscopic or non-hygroscopic. When using hygroscopic scintillation materials, it is useful to hermetically seal crystals into the detector body, in order to avoid damage to the crystals by moisture. For example, in one embodiment, the scintillation crystals are made of lanthanum bromide (LaBr). In another embodiment, the crystals are made of sodium iodide (NaI).

На фиг. 2 показан вариант осуществления ядерного детектора 14, в котором гигроскопические сцинтилляционные кристаллы 32 (например, LaBr, NaI и т.п.) запечатаны внутри оболочки 50 детектора с использованием уплотнительного слоя 51 (например, изоляционного материала, смолы, геля или какого-либо другого пригодного материала), который также делает ядерный детектор воздухонепроницаемым и водонепроницаемым. Фотоны или позитроны 53, 54a, 54b, входящие в кристалл 32, обуславливают событие сцинтилляции, благодаря которому один или более гамма-квантов преобразуются в световые фотоны, излучаемые в кристалл, и испытывают внутреннее отражение в нем, пока не покидают кристалл на его дальнем конце 56. Затем световое излучение может проходить через тонкий соединительный слой 52 и регистрироваться датчиками 34, расположенными на противоположной стороне соединительного слоя 52 относительно кристаллов 32. Соединительный слой может иметь толщину от около 2 микрон до около 500 микрон. В одном варианте осуществления, датчики 34 являются кремниевыми фотоумножителями (SiPM), что облегчает установление отношения один к одному между датчиками и кристаллами благодаря их малому размеру. На основании относительной силы или интенсивности светового излучения и времени регистрации на данном датчике, можно определить кристалл, где происходит событие сцинтилляции. Когда идентичность (например, позиция или положение) кристалла на детекторе 14 известна, собранные данные сканирования можно использовать при реконструкции ядерного изображения объекта, из которого испущен фотон или позитрон (например, с использованием ядерного трассировщика). В одном варианте осуществления, каждый кристалл 32 герметично запечатан с помощью тонкого, например, 2-500-микронного покрытия, которое является отражающим на всех гранях за исключением грани, присоединенной к датчику 34, каковая грань покрыта прозрачным покрытием.In FIG. 2 shows an embodiment of a nuclear detector 14 in which hygroscopic scintillation crystals 32 (e.g., LaBr, NaI, etc.) are sealed inside the detector shell 50 using a sealing layer 51 (e.g., insulating material, resin, gel, or some other suitable material), which also makes the nuclear detector airtight and waterproof. Photons or positrons 53, 54a, 54b entering the crystal 32 cause a scintillation event, due to which one or more gamma rays are converted into light photons emitted into the crystal and undergo internal reflection in it until they leave the crystal at its far end 56. Then, light radiation can pass through the thin bonding layer 52 and be detected by sensors 34 located on the opposite side of the bonding layer 52 with respect to the crystals 32. The bonding layer may have a thickness of about 2 microns of about 500 microns. In one embodiment, the sensors 34 are silicon photomultipliers (SiPM), which facilitates the establishment of a one-to-one relationship between the sensors and crystals due to their small size. Based on the relative strength or intensity of light radiation and the recording time on this sensor, it is possible to determine the crystal where the scintillation event occurs. When the identity (e.g., position or position) of the crystal at detector 14 is known, the collected scan data can be used to reconstruct a nuclear image of an object from which a photon or positron is emitted (e.g., using a nuclear tracer). In one embodiment, each crystal 32 is hermetically sealed with a thin, for example, 2-500 micron coating, which is reflective on all faces except for the face attached to the sensor 34, which face is coated with a transparent coating.

Световое излучение, генерируемое фотоном 53, является примером фотоэлектрического события, в котором фотон не выдерживает соударения с кристаллом (например, фотон полностью преобразуется в световое излучение). Световое излучение, генерируемое фотоном 54, является примером комптоновского взаимодействия, в котором фотон, по меньшей мере, частично выдерживает соударение с кристаллом (например, фотон неполностью преобразуется в световое излучение).The light radiation generated by the photon 53 is an example of a photoelectric event in which the photon does not withstand collisions with the crystal (for example, the photon is completely converted to light radiation). The light radiation generated by photon 54 is an example of Compton interaction in which a photon at least partially withstands collision with a crystal (for example, a photon is not fully converted to light).

Стрелка, идущая от фотона 54a к фотону 54b, указывает, что единичный фотон 54 инициирует два события сцинтилляции и регистрируется двумя разными кристаллами 32. В таком сценарии, количество (величина) света, испускаемого событием 54a, соответствует величине энергии, поглощенной кристаллом. Величина энергии, оставшаяся для второго события, является функцией угла комптоновского рассеяния. Первое событие обычно поглощает меньшую энергию. Первое событие 54a определяет траекторию регистрируемого гамма-излучения. Второе событие 54b можно использовать для уточнения вычисления энергии гамма-излучения, если второе событие можно спарить с первым, например, на основании относительных времен взаимодействия, близости, комптоновского угла, относительной энергии, глубины взаимодействия и т.д. Определив порядок событий сцинтилляции, можно определить траекторию фотона или позитрона (например, с использованием метода трассировки лучей и т.д.), которая идентифицирует одно из событий как первое по времени из взаимосвязанных событий.An arrow going from photon 54a to photon 54b indicates that a single photon 54 initiates two scintillation events and is detected by two different crystals 32. In this scenario, the amount (amount) of light emitted by event 54a corresponds to the amount of energy absorbed by the crystal. The amount of energy remaining for the second event is a function of the angle of Compton scattering. The first event usually absorbs less energy. The first event 54a determines the trajectory of the detected gamma radiation. The second event 54b can be used to refine the calculation of gamma radiation energy if the second event can be paired with the first, for example, based on relative interaction times, proximity, Compton angle, relative energy, depth of interaction, etc. Having determined the order of scintillation events, it is possible to determine the trajectory of a photon or positron (for example, using the ray tracing method, etc.), which identifies one of the events as the first in time from interconnected events.

Согласно другому примеру, когда единичный фотон приводит к трем событиям сцинтилляции, событие самой низкой энергии определяется как первое событие, событие более высокой энергии определяется как второе событие, и событие самой высокой энергии определяется как последнее по времени событие. Энергии, регистрируемые из трех событий, эквивалентны, например, 511 кэВ, используемой при построении изображений посредством ПЭТ.According to another example, when a single photon leads to three scintillation events, the lowest energy event is determined as the first event, the higher energy event is determined as the second event, and the highest energy event is determined as the last time event. The energies recorded from the three events are equivalent, for example, to 511 keV, used in imaging using PET.

Дополнительно, глубину взаимодействия можно определить из остроты энергетического пика, регистрируемого детектором. Например, острый пик указывает, что событие сцинтилляции произошло вблизи датчика, тогда как скругленный пик указывает, что событие сцинтилляции произошло на удалении от него. Отслеживание относительной глубины также может способствовать идентификации взаимосвязанных событий и соединяющей траектории, а также, насколько вероятно, что гамма-излучение, испытавшее комптоновское рассеяние, имеет второе взаимодействие в матрице сцинтилляционных кристаллов.Additionally, the depth of interaction can be determined from the sharpness of the energy peak recorded by the detector. For example, a sharp peak indicates that a scintillation event occurred near the sensor, while a rounded peak indicates that a scintillation event occurred at a distance from it. Tracking relative depths can also help identify interrelated events and the connecting path, as well as how likely it is that gamma rays that have experienced Compton scattering have a second interaction in the scintillation crystal matrix.

В другом варианте осуществления, малые датчики 34 (например, датчики SiPM и т.п.) непосредственно присоединены к дальнему концу 56 их соответствующих сцинтилляционных кристаллов 32, и герметично запечатаны в оболочку 50 детектора уплотнительным слоем 51 (например, изоляционного материала, кварцевого материала и т.п.). В одном варианте осуществления, соединительный слой 52 между сцинтиллятором и датчиком имеет толщину от около 2 микрон до около 500 микрон. Когда кристаллы и датчики выполнены в виде единого полупроводникового устройства, соединительный слой может быть выполнен из стекла или сапфира. Когда фотоны входят в соответствующие кристаллы и инициируют событие сцинтилляции, световое излучение испытывает внутреннее отражение в кристалле и точно регистрируется специализированным датчиком кристалла при выходе из кристалла. Благодаря непосредственному присоединению датчиков 34 к соответствующим кристаллам 32, распределение света остается узким, рассеяние минимизируется. В приведенном примере, лучи из соответствующих фотонов имеют разные сигнатуры, что позволяет оптимально представлять взаимодействие фотонов с соответствующими кристаллами.In another embodiment, small sensors 34 (e.g., SiPM sensors and the like) are directly attached to the distal end 56 of their respective scintillation crystals 32, and hermetically sealed into the detector shell 50 with a sealing layer 51 (e.g., insulating material, quartz material, and etc.). In one embodiment, the connecting layer 52 between the scintillator and the sensor has a thickness of from about 2 microns to about 500 microns. When crystals and sensors are made as a single semiconductor device, the connecting layer can be made of glass or sapphire. When photons enter the corresponding crystals and initiate a scintillation event, the light radiation experiences internal reflection in the crystal and is accurately detected by a specialized crystal sensor upon exit from the crystal. Due to the direct connection of the sensors 34 to the respective crystals 32, the light distribution remains narrow, scattering is minimized. In the above example, the rays from the corresponding photons have different signatures, which makes it possible to optimally represent the interaction of photons with the corresponding crystals.

В одном варианте осуществления, электрический проводник 60 присоединен к каждому датчику 34 для переноса информации, относящейся к зарегистрированным на нем событиям сцинтилляции. Каждый проводник проходит через уплотнительный слой 51.In one embodiment, an electrical conductor 60 is attached to each sensor 34 to transfer information related to scintillation events recorded therein. Each conductor passes through the sealing layer 51.

В другом варианте осуществления, проводники 60 объединяются в общий кабель или шину и т.п., и кабель пересекает уплотнительный слой в одной точке для уменьшения количества точек пересечения уплотнительного слоя, что, в свою очередь, снижает возможность повреждения герметичного уплотнения. Таким образом, гигроскопические кристаллы дополнительно защищены от влаги.In another embodiment, the conductors 60 are combined into a common cable or bus or the like, and the cable crosses the sealing layer at one point to reduce the number of intersection points of the sealing layer, which, in turn, reduces the possibility of damage to the tight seal. Thus, hygroscopic crystals are additionally protected from moisture.

Зарегистрированные события сцинтилляции снабжаются метками времени и сохраняются в режиме списка в памяти, связанной с ядерным сканером, и анализируются для идентификации пар событий сцинтилляции, которые соответствуют общему событию аннигиляции. Например, события сцинтилляции, зарегистрированные на противоположных сторонах (например, отстоящих на 180°) объекта, могут анализироваться для определения, указывают ли их метки времени, что они были зарегистрированы близко по времени или одновременно, и, таким образом, соответствуют единичному событию аннигиляции. Будучи идентифицирована, линия ответа вычисляется с использованием пары соответствующих событий сцинтилляции в качестве концевых точек, и изображение объекта реконструируется.Recorded scintillation events are time-stamped and stored in a list mode in memory associated with the nuclear scanner, and analyzed to identify pairs of scintillation events that correspond to a common annihilation event. For example, scintillation events recorded on opposite sides (e.g. 180 ° apart) of an object can be analyzed to determine if their timestamps indicate that they were recorded close in time or at the same time, and thus correspond to a single annihilation event. Once identified, the response line is calculated using a pair of corresponding scintillation events as endpoints, and the image of the object is reconstructed.

Очевидно, что хотя датчики 34, показанные на фиг. 2, изображены с зазорами между ними, такие зазоры призваны показывать, что датчики отделены друг от друга, и что каждый кристалл имеет свой собственный специализированный датчик. Кроме того, очевидно, что площадь поверхности каждого датчика приблизительно совпадает с площадью поверхности дальнего конца 56 его соответствующего кристалла 32.Obviously, although the sensors 34 shown in FIG. 2 are shown with gaps between them, such gaps are intended to indicate that the sensors are separated from each other, and that each crystal has its own specialized sensor. In addition, it is obvious that the surface area of each sensor approximately coincides with the surface area of the distal end 56 of its corresponding crystal 32.

Изобретение было описано со ссылкой на несколько вариантов осуществления. На основании вышеприведенного подробного описания, можно предложить различные модификации и альтернативы. Изобретение следует рассматривать как включающее в себя все подобные модификации и альтернативы, при условии, что они отвечают прилагаемой формуле изобретения или их эквивалентов.The invention has been described with reference to several embodiments. Based on the above detailed description, various modifications and alternatives may be proposed. The invention should be considered as including all such modifications and alternatives, provided that they meet the attached claims or their equivalents.

Claims

1. A nuclear detector for a nuclear imaging system, including
hermetically sealed detector shell (50),
many scintillation crystals (32) placed in the shell (50) of the detector,
a plurality of sensors (34) attached to scintillation crystals (32),
a sealing layer (51) that hermetically seals the scintillation crystals (32) and sensors (34) in the detector shell (50), and
a conductor (60) passing from each sensor (34), and the conductors (60) are connected to the bus passing through the sealing layer (51) to transmit the collected information for processing.

2. The system according to claim 1, in which the crystals (32) are hygroscopic scintillation crystals, including one or more of lanthanum bromide (LaBr) and sodium iodide (NaI).

3. The system according to any one of the preceding paragraphs, in which the sensors (34) are sensors based on a silicon photomultiplier (SiPM).

4. The system according to claim 1 or 2, further comprising a transparent connecting layer (52) between each scintillation crystal (32) and a corresponding sensor (34), the connecting layer (52) having a thickness of about 2-500 μm.

5. A nuclear scanner (12), including at least one detector according to any one of the preceding paragraphs.

6. A method of constructing a nuclear detector for a nuclear scanner, which includes the steps at which
place a lot of scintillation crystals (32) in the shell (50) of the detector,
attach the sensors (34) to the scintillation crystals (32), and
scintillation crystals (32) and sensors (34) are hermetically sealed in the detector shell (50) using a sealing layer (51), and
form electrical conductors (60) from the sensors (34) to the bus, which crosses the sealing layer (51), and through which the collected data is transmitted.

7. The method according to claim 6, in which the scintillation crystals (32) are hygroscopic scintillation crystals, including one or more of lanthanum bromide (LaBr) and sodium iodide (NaI).

8. The method according to claim 6 or 7, in which the sensors (34) are sensors based on a silicon photomultiplier (SiPM).

9. The method according to claim 6 or 7, further comprising the step of forming a conductor (60) passing from each sensor (34) through the sealing layer (51), the conductors (60) transmitting the collected information for processing.

10. The method according to claim 6 or 7, in which the sensors (34) are attached to the crystals (32) in a 1: 1 ratio, whereby each crystal (32) is attached to a separate sensor (34).

11. A method for generating a nuclear image of an object using a plurality of nuclear detectors according to any one of claims 6 to 10, comprising the steps of
registering the first scintillation event (53, 54a) in the first scintillation crystal on the first sensor in the first nuclear detector, and
registering a second scintillation event in a second scintillation crystal with a second sensor in a second nuclear detector located opposite the first nuclear detector with respect to the object;
save information associated with the first and second scintillation events in list mode.

12. The method according to claim 11, further comprising determining whether the first and second scintillation events correspond to a single positron emission event as a function of time stamp information associated with the first and second scintillation events, and determine a response line between the first and second scintillation events during reconstruction of the image of the object.

13. The method according to claim 11 or 12, further comprising the steps of
determine the depth of interaction of the positron interacting with the first scintillation crystal, causing the first scintillation event (54a), based on the sharpness of the energy peak detected by the first sensor,
registering at the third sensor a third scintillation event (54b), which occurs in a third scintillation crystal, which is located in the first nuclear detector,
store information associated with the third scintillation event in list mode, and
determine whether the first and third scintillation events are due to a single positron emission event, based on one or more of the relative interaction times of the first and third scintillation events, the proximity of the first and third scintillation events, the Compton angle between the first and third scintillation events, the relative energy of the first and third scintillation events, and the depth of interaction of the first and third scintillation events;
determine which of the first and third scintillation events has a lower recorded energy level,
identify the scintillation event with a lower energy value as occurring first in time, and
a ray tracing algorithm is performed using the identified first time scintillation event and the second scintillation event recorded by the second sensor in the second nuclear detector to determine a response line between the first time scintillation event and the second scintillation event.